CN108265210A

CN108265210A - 一种铝合金材料、铝合金制品及其制备方法

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Publication number: CN108265210A
Application number: CN201711397318.8A
Authority: CN
Inventors: 张法亮; 殷召辉; 刘利强; 李景达
Original assignee: Goertek Inc
Current assignee: Goertek Inc
Priority date: 2017-12-21
Filing date: 2017-12-21
Publication date: 2018-07-10

Abstract

本发明公开了一种铝合金材料、铝合金制品及其制备方法。按质量百分数计，该铝合金材料包括以下元素，其中，锌4.5％～8％，镁1％～2％，铜0～1.0％，硅≤0.05％，铁≤0.2％，铬≤0.02％，钛≤0.025％，锆≤0.1％，其余单种杂质元素的含量≤0.05％，稀土元素≤0.2％，余量为铝。该铝合金材料通过阳极氧化后能够在表面形成阳极氧化膜，以形成铝合金制品。该铝合金制品的耐磨性优良，耐用性良好。

Description

一种铝合金材料、铝合金制品及其制备方法

技术领域

本发明涉及材料制备技术领域，更具体地，涉及一种铝合金材料、铝合金制品及其制备方法。

背景技术

铝合金是纯铝中加入其它合金元素制成的。铝合金具有密度小、耐腐蚀性优越、塑性和加工性能良好、导电导热性强、耐低温脆性、表面处理性能良好、无磁性、耐酸性、抗辐射性优良等优点。

由于铝合金可通过人工阳极氧化获得理想的表面效果，从而作为装饰材料的外壳，这使得铝合金在电子行业特别是智能手机以及智能穿戴等领域的应用越来越普遍。目前，作为装饰材料的铝合金多为挤压铝材，然而，挤压铝材的阳极氧化膜的耐磨性较差，无法满足耐用性要求。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种铝合金材料的新技术方案，能够使铝合金材料用于外观件产品中时，除了具备优异的着色性能，同时具有更优异的耐磨性。

根据本发明的第一方面，提供了一种铝合金制品。该铝合金制品包括轧制铝合金材料和阳极氧化膜；其中，所述轧制铝合金材料的成分按质量百分数计，包括以下元素，其中，锌4.5％～8％，镁1％～2％，铜0～1.0％，硅≤0.05％，铁≤0.2％，铬≤0.02％，钛≤0.025％，锆≤0.1％，稀土元素≤0.2％，其余单种杂质元素的含量≤0.05％，余量为铝；其中，所述阳极氧化膜的厚度≥5μm。

可选地，锌5.0％～7.2％，镁1％～1.8％，铜0～0.4％，锆0～0.1％，稀土元素≤0.06％。

可选地，锌5.2％～5.9％，镁1.2～1.7％，铜0～0.3％，锆0.02～0.07％，稀土元素≤0.03％。

可选地，阳极氧化膜的厚度≥8μm；轧制铝合金材料的维氏硬度≥130HV。

根据本发明的第二方面，提供了一种铝合金材料。按质量百分数计，包括以下元素，其中，锌4.5％～8％，镁1％～2％，铜0～1.0％，硅≤0.05％，铁≤0.2％，铬≤0.02％，钛≤0.025％，锆≤0.1％，稀土元素≤0.2％，其余单种杂质元素的含量≤0.05％，余量为铝。

根据本发明的第三方面，提供了一种铝合金制品的制备方法。该制备方法包括以下步骤：各种原料按照本发明提供的铝合金材料的元素的比例进行配料；

熔炼：将各种原料混合后，加热到设定温度，以使各种原料熔化成熔体，并进行保温；

除气、过滤：采用多级除气净化系统对熔体进行除气处理；采用泡沫陶瓷过滤板对熔体进行过滤；

铸造：将熔体进行浇注，并冷却，以得到铝合金铸锭；

均质化处理：将铝合金铸锭置于均热炉中，并加热保温，以进行均质化处理；

预热、轧制：将均质化处理后的材料进行预热，并进行轧制处理；

固溶：将轧制后的材料进行固溶处理；

淬火：将固溶后的材料立即进行淬火；

时效：将淬火后的材料进行时效处理

阳极氧化：将时效处理后的材料进行阳极氧化，以在材料的表面形成阳极氧化膜。

可选地，在熔炼步骤中，熔炼温度为730-780℃。

可选地，在均质化处理之后还包括将铝合金铸锭切割成铝合金基板，以便于预热、轧制处理。

可选地，在预热、轧制步骤中，预热温度为450-520℃，保温时间为2-10小时；采用热轧的方法进行轧制，轧制的终轧温度为150-260℃。

可选地，在固溶步骤中，固溶温度为430-490℃，时间为0.5-5小时。

可选地，在时效步骤中，加热温度为100-200℃，时间为2-40小时。

根据本公开的一个实施例，该铝合金材料通过成分的调整，调节Zn/Mg比值，以及Mg和Zn的含量，能保证材料的强度，并且使析出相MgZn2能更弥散的分布在铝合金材料中。

采用阳极氧化的方法形成阳极氧化膜的厚度≥5μm时，阳极氧化膜成膜的均匀度及致密度有明显的提升；同时材料的维氏硬度硬度≥130Hv，铝合金材料具有高耐磨性的特点，有利于成膜稳定性及膜的致密度。

此外，采用轧制的方法制得的铝合金材料可以使材料组织结构具有一致性，这样，稳定的轧制铝合金材料有利于阳极氧化过程中生长膜的致密及均匀。

与挤压铝材相比，通过轧制的方式形成的铝合金材料具有更高的强度，在经过阳极氧化后形成的氧化膜的耐磨性更加优良，提高了电子产品的外壳的使用寿命，拓展了铝合金材料的使用范围。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。

图1是根据本发明的一个实施例的铝合金制品的制备方法的流程图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

根据本发明的一个实施例，提供了一种铝合金制品。该铝合金制品包括轧制铝合金材料和阳极氧化膜；其中，所述轧制铝合金材料的成分按质量百分数计，包括以下元素，其中，锌4.5％～8％，镁1％～2％，铜0～1.0％，硅≤0.05％，铁≤0.2％，铬≤0.02％，钛≤0.025％，锆≤0.1％，稀土元素≤0.2％，其余单种杂质元素的含量≤0.05％，余量为铝；其中，所述阳极氧化膜厚≥5μm。

根据本发明的一个实施例，通过调节Zn/Mg比值，以及Mg和Zn的含量，能保证材料的强度，并且使析出相MgZn2能更弥散的分布在轧制铝合金材料中。

采用阳极氧化的方法形成阳极氧化膜的厚度≥5μm时，阳极氧化膜成膜的均匀度及致密度有明显的提升；同时材料的维氏硬度硬度≥130Hv，轧制铝合金材料具有高耐磨性的特点，有利于成膜稳定性及膜的致密度。

与挤压铝材相比，通过轧制的方式形成的轧制铝合金材料具有更高的强度，在经过阳极氧化后形成的氧化膜的耐磨性更加优良，提高了电子产品的外壳的使用寿命，拓展了轧制铝合金材料的使用范围。

优选地，锌5.0％～7.2％，镁1％～1.8％，铜0～0.4％，锆0～0.1％，稀土元素≤0.06％。在上述元素的含量范围内，轧制铝合金材料表面的阳极氧化膜的耐磨性更加优良，耐用性更好。

优选地，锌5.2％～5.9％，镁1.2～1.7％，铜0～0.3％，锆0.02～0.07％，稀土元素≤0.03％。在上述元素的含量范围内，轧制铝合金材料表面的阳极氧化膜的耐磨性更加优良，耐用性更好。

优选地，阳极氧化膜厚度≥8μm；轧制铝合金材料的维氏硬度≥130HV。该厚度的阳极氧化膜的致密性高，硬度高，耐磨性良好。

根据本发明的另一个实施例，提供了一种铝合金材料。按质量百分数计，包括以下元素，其中，锌4.5％～8％，镁1％～2％，铜0～1.0％，硅≤0.05％，铁≤0.2％，铬≤0.02％，钛≤0.025％，锆≤0.1％，稀土元素≤0.2％，其余单种杂质元素的含量≤0.05％，余量为铝。

该铝合金材料耐磨性优良，耐用性良好。

优选地，采用热轧的方式形成铝合金材料。热轧方式形成的铝合金材料的组织在x-y面、y-z面以及x-z面晶粒呈等轴分布、大小均匀。晶粒度等级在2.8-5之间。这使得铝合金材料的硬度和强度高，并且可塑性良好，不易发生疲劳损伤。

在一个例子中，经阳极氧化后，在铝合金材料的表面形成氧化膜。该氧化膜的厚度≥5μm，铝合金材料的维氏硬度≥130HV。该厚度范围的氧化膜具有良好的耐磨性能。

优选地，锌5.0％～7.2％，镁1％～1.8％，铜0～0.4％，锆0～0.1％，稀土元素≤0.06％。在上述元素的含量范围内，铝合金材料以及表面的阳极氧化膜的耐磨性更加优良，耐用性更好。

优选地，锌5.2％～5.9％，镁1.2％～1.7％，铜0～0.3％，锆0.02～0.07％，稀土元素≤0.03％。在上述元素的含量范围内，铝合金材料以及表面的阳极氧化膜的耐磨性更加优良，耐用性更好。

根据本发明的又一个实施例，提供了一种铝合金制品的制备方法。通过轧制的方式制备铝合金材料。该制备方法包括以下步骤：

各种原料按照上述铝合金材料的各种元素的比例进行配料。例如，上述各种元素以中间合金的方式进行添加，其中，锌元素以锌铝中间合金的形式添加；镁元素以铝镁中间合金的形式添加；铜以铝铜中间合金的形式添加；硅以铝硅中间合金的形式添加；铁以铝铁中间合金的形式添加；铬以铝铬中间合金的形式添加；钛以铝钛中间合金的形式添加；锆以铝锆中间合金的形式添加。铝以纯铝的形式添加。在熔炼时，中间合金容易与其他原料互溶，以保证铝合金材料的均一性。

当然，本领域技术人员可以采用本领域常规的材料形式进行添加，只要满足各个元素的含量调节即可。

熔炼：将各种原料混合后，加热至设定温度，以使各种原料熔化成熔体，并进行保温。优选地，熔炼温度为730-780℃。在该温度范围内，熔体的质地均匀、流动性良好。

除气、过滤：采用多级除气净化系统对熔体进行除气处理。该方法能够有效去除熔体中的气体，防止铝合金铸锭出现砂眼、气孔等。采用泡沫陶瓷过滤板对熔体进行过滤。过滤的目的是去除熔体中的固体，以使熔体更均一。通过陶瓷过滤板能有效地过滤掉熔体中的固体。

铸造：将熔体进行浇注，并冷却，以得到铝合金铸锭。在该步骤中，熔体被浇注到设定的模具中，以得到设定形状的铝合金铸锭。

均质化处理：将铝合金铸锭置于均热炉中，并加热保温，以进行均质化处理。铝合金铸锭的非平衡组织在高温下通过原子扩散来实现各元素、成分的均匀化。

预热、轧制：将均质化处理后的材料进行预热，并进行轧制处理。在该步骤中，可以直接添加铝合金铸锭，也可以将铝合金铸锭加工成设定结构进行添加。

优选地，在预热、轧制步骤中，预热温度为450-520℃，保温时间为2-10小时；采用热轧的方法进行轧制，轧制的终轧温度为150-260℃。在该温度条件下进行热轧得到的铝合金材料的硬度高。

固溶：将轧制后的材料进行固溶处理。固溶是指将铝合金材料加热到高温单相区并恒温保持，以使过剩的相充分溶解到固溶体中的热处理方法。优选地，固溶温度为430℃-490℃，时间为0.5-5小时。在该条件下，过剩的相能充分溶解到固溶体中。

淬火：将固溶后的材料(即固溶体)立即进行淬火。通过淬火，固溶体迅速冷却，从而得到高强度的材料。优选地，在淬火步骤之后还包括对材料去除残余应力。通过这种方式能有效避免固溶体的应力集中，提高了铝合金材料的保型性。

时效：将淬火处理后的材料进行时效处理。时效处理是指在设定温度下放置铝合金材料保持其形状、尺寸，铝合金材料的性能随时间而变化的热处理工艺。经过时效处理，铝合金材料的硬度和强度有所增加，塑性韧性和内应力则有所降低。

优选地，在时效步骤中，加热温度为100-200℃，时间为2-40小时。在该处理条件下，铝合金材料达到理想的硬度和强度，并且塑性韧性和内应力较低。

阳极氧化：将时效处理后的材料进行阳极氧化，以在材料的表面形成阳极氧化膜。优选地，采用硫酸阳极氧化工艺进行阳极氧化，以在铝合金材料的表面形成阳极氧化膜。这种方法形成的氧化膜厚度均匀，致密性良好。

上述各个步骤的温度条件、时间条件不限于上述实施例，本领域技术人员可以根据实际需要进行设置。

在一个例子中，在均质化处理之后还包括将铝合金铸锭切割成铝合金基板，以便于预热、轧制处理。例如，将均质化处理后的铝合金材料切头去尾，并锯切成厚度为50mm-300mm的铝合金基板。这种方式能去除头部和尾部所含的杂质，并且切成较小的块状结构能提高热轧的速度。

在一个例子中，在时效处理步骤之后还包括将铝合金基板进行切片，以加工成设定厚度的片材。用户可以根据实际需要将片材冲压成设定形状的壳体或者其他结构件。然后，将结构件进行阳极氧化，以在结构件的表面形成阳极氧化膜。

优选地，热轧方式形成的铝合金材料的组织在x-y面、y-z面以及x-z面晶粒呈等轴分布、大小均匀。晶粒度等级在2.8-5之间。这使得铝合金材料的硬度和强度高，并且可塑性良好，不易发生疲劳损伤。

在一个例子中，经阳极氧化的铝合金制品，由下述组分组成(均为质量百分数)：锌含量6.8％，镁含量1.7％，铜含量0.05％，铁含量0.09％，余量为铝。轧制铝合金材料硬度为140Hv。该铝合金制品与一种6061铝合金材料进行对比。轧制铝合金材料硬度为120Hv。

两种材料在结构条件、阳极氧化条件相同的情况下耐磨性能比较。两种材料制成相同形状的表壳。表壳的氧化膜厚度都为10-12μm。在氧化膜进行染色后做振动耐磨测试。耐磨测试是指将表壳放置到磨粒中，在振动的条件下使磨粒对表壳的表面进行碰撞、挤压、摩擦等。最后检测氧化膜的磨损情况。

测试条件：振动频率为60Hz；磨粒包括黄色圆锥体和绿色棱锥体，其中，黄色圆锥体：绿色棱锥体＝3:1(数量比)，磨粒用于对氧化膜进行碰撞、挤压、摩擦等；测试时间4小时。

测试结果：6061铝合金材料制成的表壳的氧化膜基本脱落；本申请的铝合金材料制成的表壳的氧化膜几乎无磨损。

在一个例子中，经阳极氧化的铝合金制品，由下述组分组成(均为质量百分数)：锌含量5.8％，镁含量1.6％，铜含量0.10％，铁含量0.09％，硅含量0.05％，余量为铝。轧制铝合金材料硬度145Hv。该铝合金制品与一种挤压7系铝合金材料进行对比。该挤压7系铝合金材料的锌含量6.8％，镁含量1.4％，铁含量0.11％，硅含量0.06％，钛含量0.016％，余量为铝。轧制铝合金材料硬度为150Hv。

两种材料在结构条件、阳极氧化条件相同的情况下耐磨性能比较。两种材料制成相同形状的表壳。表壳的氧化膜厚度都为8-10μm。在氧化膜进行染色后做振动耐磨测试。

测试条件：振动频率为60Hz；磨粒包括黄色圆锥体和绿色棱锥体，其中，黄色圆锥体：绿色棱锥体＝3:1(数量比)，磨粒用于对氧化膜进行碰撞、挤压、摩擦等；测试时间5小时。

测试结果：挤压7系铝合金材料制成的表壳40％面积的氧化膜已经脱落；本申请的铝合金材料制成的表壳的氧化膜几乎无磨损。

在一个例子中，经阳极氧化的铝合金制品，由下述组分组成(均为质量百分数)：锌含量5.2％，镁含量1.5％，铜含量0.15％，铁含量0.09％，硅含量0.05％，稀土含量0.05％，余量为铝，轧制铝合金材料硬度150Hv。该铝合金制品与一种挤压7系铝合金材料进行对比。该挤压7系铝合金材料的锌含量为6.8％，镁含量为1.4％，铜含量为0％，余量为铝。

两种材料在结构条件、阳极氧化条件相同的情况下耐磨性能比较。两种材料制成相同形状的表壳。表壳的氧化膜厚度都为15-18μm。在氧化膜进行染色后做振动耐磨测试。

实验结果为：挤压7系铝合金材料制成的表壳50％面积的氧化膜已经脱落；本申请的铝合金材料制成的表壳的氧化膜仅有几处轻微磨损点。

上述实施例表明，本申请的铝合金材料制成的表壳的氧化膜的耐磨性能良好。

虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims

1.一种铝合金制品，其特征在于，包括轧制铝合金材料和阳极氧化膜；其中，所述轧制铝合金材料的成分按质量百分数计，包括以下元素，其中，锌4.5％～8％，镁1％～2％，铜0～1.0％，硅≤0.05％，铁≤0.2％，铬≤0.02％，钛≤0.025％，锆≤0.1％，稀土元素≤0.2％，其余单种杂质元素的含量≤0.05％，余量为铝；其中，所述阳极氧化膜的厚度≥5μm。

2.根据权利要求1所述的铝合金制品，其特征在于，锌5.0％～7.2％，镁1％～1.8％，铜0～0.4％，锆0～0.1％，稀土元素≤0.06％。

3.根据权利要求1所述的铝合金制品，其特征在于，锌5.2％～5.9％，镁1.2～1.7％，铜0～0.3％，锆0.02～0.07％，稀土元素≤0.03％。

4.根据权利要求1所述的铝合金制品，其特征在于，阳极氧化膜的厚度≥8μm；轧制铝合金材料的维氏硬度≥130HV。

5.一种铝合金材料，其特征在于，按质量百分数计，包括以下元素，其中，锌4.5％～8％，镁1％～2％，铜0～1.0％，硅≤0.05％，铁≤0.2％，铬≤0.02％，钛≤0.025％，锆≤0.1％，稀土元素≤0.2％，其余单种杂质元素的含量≤0.05％，余量为铝。

6.一种铝合金制品的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：各种原料按照如权利要求5中的元素的比例进行配料；

铸造：将熔体进行浇注，并冷却，以得到铝合金铸锭；

固溶：将轧制后的材料进行固溶处理；

淬火：将固溶后的材料立即进行淬火；

时效：将淬火后的材料进行时效处理

7.根据权利要求6所述的铝合金材料的制备方法，其特征在于，在熔炼步骤中，熔炼温度为730-780℃。

8.根据权利要求6所述的铝合金材料的制备方法，其特征在于，在均质化处理之后还包括将铝合金铸锭切割成铝合金基板，以便于预热、轧制处理。

9.根据权利要求6所述的铝合金材料的制备方法，其特征在于，在预热、轧制步骤中，预热温度为450-520℃，保温时间为2-10小时；采用热轧的方法进行轧制，轧制的终轧温度为150-260℃。

10.根据权利要求6所述的铝合金材料的制备方法，其特征在于，在固溶步骤中，固溶温度为430-490℃，时间为0.5-5小时。

11.根据权利要求6所述的铝合金材料的制备方法，其特征在于，在时效步骤中，加热温度为100-200℃，时间为2-40小时。